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什么是石油?

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发表于 2020-10-4 15:03:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号的第805篇原创文章
首发于2020年9月14日


看到这个问题,如果眼前出现一滩粘液,臭烘烘,黑乎乎,脏兮兮——这就浮于表面了。

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石油是你口中药,石油是你身上衣,石油帮你开机器,也能帮你打飞机……

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从能源、化工、医药、材料等方面看石油,其实也是浮于表面了。毕竟这些只是石油的用途,而不是石油的本质。

不过,即使只看表面,我们也会知道石油绝不单纯,它是一锅大杂烩,成分复杂。

看性状,里面有油质、胶质、沥青质、碳质……但这依然流于表面。

实际上,石油成分主要是碳氢化合物。这就是说,石油虽然复杂,但主要是两种元素:碳、氢。

成分简单,但组合却变化无穷。

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比如乐高积木,简单的凸点、凹槽自由插拔,就可以组合出千变万化的形状。

简单理解,原子之间的组合,差不多也是积木原理。

原子积木的凸点,就是外层电子,而原子积木的凹槽,就是外层电子的空位。

如果哪个原子外层没空位,那就相当于没有凹槽和凸点,不容易和别人拼接组合,只能单着、散着。

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比如氦、氖、氩、氪、氙、氡之类,独来独往,都是气体。

而氢、碳的外层电子布局,特别方便插拔:

氢只有一层楼,两个房间,住着1个电子,也就是说它有1个凸点、1个凹槽。

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碳有两层楼,一层两个电子住满了,二层有8个房间,住着4个电子,也就是说它有4个凸点,4个凹槽。

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这二位的外层电子布局,都是一半凸点、一半凹槽,加上电子是运动的,不像积木那样死板,所以,插拔组合的可能姿势就更加花样繁多。


所以碳氢化合物有个专有名词:



看上去很神秘很专业的样子,其实,发音只不过是碳、氢两个汉语拼音的连读:ting。字形也是取碳的火、氢里的巠拼凑而成。

烃的基本姿势有很多种:

07-烃.jpg

大黑球是碳:C,小白球是氢:H。

一看就知道,烃的骨架是C,骨架上挂着首饰H。

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在烃的世界,首饰H的多少,是身份的象征。

C骨架都用单键相连,省下的键都用来挂满H,这种烃感觉人生完美,所以叫烷烃。

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烷烃骨架也不一样,纯真的直链结构,叫正构烷烃。有枝丫有支链的,叫异构烷烃。

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正构、异构又可以长成各种型号。最简单的例子,一个C挂4个H,叫甲烷;两个C挂6个H,叫乙烷……随着碳原子增多,物理性质也有所变化。比如在标准状态下,甲烷、乙烷、丙烷、丁烷是气体,戊烷、己烷就是液体了。

虽然种类繁多,但它们有一点相同,就是H都饱和了,所以叫饱和烃。

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其余在座的所有烃,就都是不饱和烃了。

不过,饱和的家庭都是相似的,不饱和的家庭各有各的不同。

当C把更多键用在了相互连接上,用来挂首饰H的键就少了。

用双链互联的,H比较稀少,所以叫烯。用三链互联的,H就更缺,所以叫炔。



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上面这些烃,不管长短,都是开链的。

拉链.gif

还有长成闭环的,叫环烃。

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还有的烃拿着苯环,叫芳香烃。

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前面讲了,碳氢插接组合方便,于是化工想象空间非常大,所以石油产品在我们生活中已经无孔不入。

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篇幅原因,本文只聊它作为燃料的话题。

烃是碳氢化合物,那么它作为燃料,就是碳、氢燃烧,碳和氧组合成二氧化碳,氢和氧组合成水——这就是为什么你的排气管会滴水。

氢的热值高,同样是和氧化合,它放的热比相同质量的碳要高很多。

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但由于碳原子比氢原子大不少,所以,相同质量下,氢原子就比碳原子多不少,所以,氢燃料的耗氧量比碳大:每克氢气消耗氧气8克,每克碳耗氧量2.67克。

所以,同样是碳氢化合物,燃料的碳氢含量不同,它的物性也就不同,导致用途不同。

比如氢气虽然热值高,但它是气体,体积太大,压缩成液体,又要消耗能量,而且还要耐压容器和配套管线。

同样是液体,汽油、煤油、柴油的性状也各有不同,各有各的用途。大致对比:

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看到这张表,点过煤油灯的小伙伴老伙伴就会明白,为啥高大上的喷气式飞机,偏偏要用土里土气的煤油当燃料。

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那是因为,和汽油比起来,煤油没那么容易挥发,安全性更好。

而且能量密度高,加同样体积的煤油,能飞更远,所以飞机用煤油比较多。

至于柴油,我们常见它用在拖拉机上,压燃发动机跑起来像放鞭炮,发动机上全是油,所以感觉也土里土气的。

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但那不是柴油的错,而是发动机技术、降噪技术的问题。所以我们不能用老眼光看问题。新型柴油车综合性能强,更省油,续航里程长,是降本、提速、增效的典范,就像IPM Suite 油气生产综合模拟与优化系统那样,正在被越来越多的行家接受。来一辆?

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